DE69808384T2 - Aufroller - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufrollvorrichtung für einen Sicherheitsgurt einer Fahrzeugsicherheitsrückhaltevorrichtung, und insbesondere eine Aufrollvorrichtung mit Lastbegrenzungsmerkmalen.
• Eine Lastbegrenzungsvorrichtung wird vorteilhafterweise so in die Aufrollvorrichtung eingebaut, daß ein begrenztes Maß an Zurückziehen des Gurtes gestattet wird, nachdem sich die Aufrollvorrichtung in einer Notsituation verriegelt hat. Dieses begrenzte und kontrollierte Zurückziehen des Gurtes verteilt die Rückhaltekraft beim Insassen über eine Zeitdauer, obgleich extrem kurz, so daß die Gefahr einer Verletzung verringert wird, die beim Insassen durch das plötzliche Auftreten der Rückhaltekraft hervorgerufen wird, die anderenfalls auftreten würde. Das ist besonders bei einem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit wichtig.
• Eine bekannte Möglichkeit des Einbauens einer Lastbegrenzungseinrichtung in eine Aufrollvorrichtung ist die Verwendung eines Torsionsstabes oder einer Torsionsstange, der zwischen der Aufwickelwelle des Sicherheitsgurtes und dem Sperrelement der Aufrollvorrichtung eingeschaltet ist. Unter vorgegebenen Belastungsverhältnissen verdreht sich dieser Torsionsstab und gestattet ein begrenztes aber kontrolliertes Nachlassen des Sicherheitsgurtbandes unter besonders hohen Zugkräften (beispielsweise Aufprall mit hoher Geschwindigkeit). Torsionsstäbe für eine Lastbegrenzung in Aufrollvorrichtungen sind gut bekannt und werden beispielsweise im US 3741494 von Fiala beschrieben.
• Ein Nachteil bei vielen bekannten Torsionsstabsystemen ist jedoch, daß die Lasten zu sehr verringert werden. Es ist vorteilhaft, zu Beginn des Zusammenstoßimpulses relativ hohe Lasten zu gestatten, und zu gestatten, daß die Lastbegrenzung kurz danach wirksam wird. Der Fahrgast muß beim ersten Anzeichen des Beginns einer Zusammenstoßsituation sicher zurückgehalten werden, so daß es wichtig ist, daß sich der Torsionsstab nicht sofort verdreht. Im WO 96/32303 an Autoliv Development AB wird eine Aufrollvorrichtung beschrieben, die Scherelemente verwendet, um die Anfangslast hoch zu halten. Die Scherelemente zeigen jedoch Nachteile darin, daß sie, sobald sie geschert wurden, lose Metallstücke sind, die eine Beschädigung hervorrufen und die richtige Funktion der Aufrollvorrichtung verhindern können. Außerdem können sie ein Maximum bei der Belastung hervorrufen, das sich anschließend nach dem Scheren beträchtlich verringert.
• Das Japanische Patentdokument 09058409 an Tokai Rika Co. Ltd. offenbart ebenfalls eine Aufrollvorrichtungsanordnung mit Lastbegrenzung in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Aufrollvorrichtung mit Lastbegrenzungsmerkmalen zur Verfügung zu stellen.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Aufrollvorrichtung für eine Fahrzeugsicherheitsrückhaltevorrichtung bereitgestellt, wobei die Aufrollvorrichtung aufweist:
• Sicherheitsgurtband;
• eine Trommel (1), die für eine Drehung um eine Welle (2) montiert ist, um das Sicherheitsgurtband aufzuwickeln oder nachzulassen;
• einen Meßfühler (5) für das Nachweisen eines Zusammenstoßes;
• eine Einrichtung für das Sperren der Trommel gegen eine Drehung in einer Gurtbandnachlaßrichtung als Reaktion auf den Meßfühler (5);
• eine Lastbegrenzungseinrichtung (3), die im Kraftweg zwischen der Aufrollvorrichtungstrommel und der Sperreinrichtung angeordnet ist;
• eine Einrichtung für das Ermitteln des Grenzwertes, bei dem die Lastbegrenzungseinrichtung (3) arbeitsfähig wird;
• worin die Einrichtung für das Ermitteln des Grenzwertes einen Bolzen (4) aufweist, der angeordnet ist, um die Trommel (1) in einen Reibungspreßpassungseingriff mit der Welle (2) zu treiben, wobei der Bolzen (4) aus einem dichteren Material besteht als die Welle (9), so daß unter vorgegebenen Kraftbedingungen, wenn das Drehmoment an der Trommel (1) die Reibungskraft zwischen der Trommel (1) und der Welle (9) übersteigt, der Bolzen (4) dann einen Kanal oder eine Nut (15) um den Umfang der Welle (2) herum einschneidet, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen eine U-Form aufweist, wobei ein Arm der U-Form so angeordnet ist, daß er auf jeder Seite der Welle eingreift.
• Vorzugsweise ist die Welle verkeilt, um die Enden der Bolzen in einen kleinen Vertiefungen aufzunehmen, um den Kanal oder die Nut zu beginnen.
• Man wird sehen, daß, während das relative Drehmoment zwischen der Trommel und der Welle über das vorgegebene Niveau ansteigt, ausreichend, um die Festklemmkraft des Bolzens zu überwinden, und die Reibung zwischen dem Bolzen und der Welle die Nut in die Welle schneidet, dann die Reibung zwischen dem Bolzen und der Welle abnimmt, während die Nut tiefer wird. Daher legt der Bolzen ein Drehmoment mit vorgegebenem Grenzwert fest, unterhalb dessen die vollständige Kraft des Gurtes auf den Fahrzeuginsassen zur Anwendung kommt und oberhalb dessen das Nachlassen des Gurtes in einem begrenzten und kontrollierten Maß gestattet wird, was in allmählicher Weise die Kraft verringert, die vom Insassen empfunden wird. Beim WO 96132303 nach dem bisherigen Stand der Technik ist die Abnahme der Kraft, die vom Insassen empfunden wird, eher eine plötzliche abgestufte Abnahme als eine allmähliche kurvenförmige Abnahme. Eine plötzliche abgestufte Abnahme ist unerwünscht, da sie für den Insassen beunruhigend und unangenehm ist und nicht die ideale Rückhaltekurve mit sich bringt. Im Gegensatz dazu, die vorliegende Erfindung bewirkt eine stark verbesserte im allgemeinen konstante Kraftkurve.
• Bei einer Ausführung wird der Bolzen aus gehärtetem Stahl gebildet, und die Welle und die Trommel aus Aluminium.
• Die vorliegende Erfindung stellt eine relativ einfache, leicht anzupassende und kostenwirksame Einrichtung zur Verbesserung der Kraftkurve in einer lastbegrenzenden Aufrollvorrichtung bereit. Speziell wird die Anfangskraft, die zum Einschalten der Lastbegrenzung benötigt wird, erhöht, und eine hohe Last wird auf einem im allgemeinen konstanten Niveau gehalten. Außerdem stellt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung für das Zusammenhalten der Welle und der Trommel sowohl in einem Zustand vor dem Zusammenstoß als auch beim lastaufnehmenden Zustand bereit.
• Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, und um zu zeigen, wie die gleiche ausgeführt werden kann, bezieht man sich jetzt auf die beigefügten Zeichnungen, die zeigen:
• Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Aufrollvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Teils der Aufrollvorrichtung aus Fig. 1 in Skizzenform;
• Fig. 3 grafische Darstellungen, die die Gurtdehnung und die Rahmenkraft über der Zeit für die Aufrollvorrichtung der Erfindung zeigen;
• Fig. 4 eine typische grafische Darstellung der Kraft über der Zeit für das System nach dem bisherigen Stand der Technik.
• In Fig. 1 wird die Trommel der Aufrollvorrichtung mit 1 gezeigt, und diese ist für eine Drehung um die Achse 9 montiert und mit einem Endstück 2 verbunden. Ein Torstionsstab 3 ist an einem Ende mit der Trommel 1 verbunden und am anderen Ende mit dem Endstück 2. Die Trommel 1 und das Endstück 2 werden durch die Reibung zusammengehalten, die durch den Bolzen 4 zur Anwendung gebracht wird, der durch ein Loch in der Trommel hindurchgeht und dicht anliegend gegen den Umfang jenes Abschnittes des Endstückes 2 stößt, der innerhalb der Trommel 1 angeordnet ist. Dieser Bolzen ist ein Doppelbolzen oder ein U-förmiger Bolzen, wie in Fig. 2 gezeigt wird, und die Arme passieren beide Seiten des Endstückes, um es zu ergreifen. Er besteht vorzugsweise aus gehärtetem Stahl. Die Trommel 1 und das Endstück 2 sind bei diesem Beispiel aus Aluminium. Die Enden der Arme des Bolzens passen in entsprechende Vertiefungen im Umfang des Endstückes 2. Daher hält der Bolzen die Trommel am Endstück unter normalen Bedingungen vor dem Zusammenstoß.
• Eine Abtast- und Sperreinrichtung für das Nachweisen eines Zusammenstoßes und das Sperren des Endstückes 2 und daher der Trommel 1 als Reaktion darauf ist an einem Ende der Aufrollvorrichtung angeordnet und wird mit 5 gezeigt. Diese zeigen eine bekannte Form und werden von den Fachleuten gut verstanden. Die Aufrollvorrichtungsfeder in der Form einer Uhrfeder, um die Trommel in einer Gurtbandrücklaufrichtung vorzuspannen, ist am anderen Ende der Aufrollvorrichtung in der Öffnung 6 angeordnet und mittels eines Federdeckels 7 abgedeckt. Ein Rahmen 8 hält die Baugruppe für eine Drehung um die Achse 9, wiederum in bekannter Weise.
• In Fig. 2 werden die gleichen Posten mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Fig. 2 ist eine Skizzenform der Anordnung in perspektivischer Darstellung.
• Man kann sehen, daß der Torsionsstab 3 Profilenden 10 und 11 aufweist, die in entsprechende umgekehrte Profile in einem Ende der Trommel 1 und bzw. im Endstück 2 passen. Der Bolzen 4 wird in einer U-Form mit zwei Armen gezeigt, von denen ein jeder durch ein Loch (nicht gezeigt) in der Trommel 1 hindurchgeht. Eine Aussparung 12 wird auf der Innenfläche der Trommel 1 gezeigt, um das Ende des rechten Armes 13 des Bolzens 4 anzuordnen. Eine entsprechende Aussparung ist für das Ende des linken Armes 14 des Bolzens 4 angeordnet, aber nicht in der in Fig. 2 gezeigten Darstellung sichtbar. Gleichermaßen ordnen Vertiefungen 16 auf jeder Seite des Endstückes 2 die Enden der Bolzenarme 13, 14 an.
• Wenn ein vorgegebenes Drehmoment zwischen der Trommel 1 und dem Endstück 2 über einem Grenzwert zur Anwendung gebracht wird, der durch den Reibschluß des Bolzens 4 am Endstück 2 festgelegt wird, erfolgt eine relative Drehung, und die Arme 13 und 14 des Bolzens 4 laufen aus den Vertiefungen 16 heraus und reiben gegen den Umfang des Endstückes 2, während sich die Trommele dreht, um eine Nut 15 um den gesamten Umfang herum zu bilden. Der Reibschluß des Bolzens hält dennoch die Trommel und das Endstück zusammen. Auf diese Weise führt der Bolzen eine Doppelfunktion aus, indem er die Teile zusammenhält und eine Lastbegrenzung bewirkt.
• Fig. 3 veranschaulicht die verbesserte Kraft-Dehnungs-Kurve, die mit der Aufrollvorrichtung dieser Erfindung erzeugt wird. Im Koordinatenursprung X zu Beginn der Zusammenstoßbedingungen steigt die Kraft, die vom Insassen empfunden wird, schnell mit einer sehr geringen Gurtdehnung an, um so den Insassen frühzeitig beim Zusammenstoßimpuls zufriedenstellend zurückzuhalten. Zum Zeitpunkt T&sub1; wird eine vorgegebene Kraft Z in Abhängigkeit von der Geometrie und der relativen Härte des Bolzens und der Welle erreicht, und die Welle beginnt sich gegen die Rückhaltekraft des Bolzens zu drehen, und die Kraftkurve wird flach und bleibt im wesentlichen konstant, während der Bolzen die Nut in der Welle abträgt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kraft des Zusammenstoßimpulses auf den Torsionsstab übertragen, der damit beginnt, die Formänderung aufzunehmen und etwas von der Last auszugleichen. Die Länge des nachgelassenen Sicherheitsgurtbandes nimmt schnell zu, wie in der oberen grafischen Kurve in Fig. 3 gezeigt wird. Während die Nut 15 tiefer eingeschnitten wird, nimmt die durch den Bolzen ausgeübte Reibung allmählich ab, und der Anteil der Kraft wird größer, der auf den Torsionsstab übertragen wird. Sobald die Nut vollständig eingeschnitten ist, zeigt die durch den Bolzen erteilte Reibung ein Minimum, und fast die gesamte Kraft wird durch den Torsionsstab 3 aufgenommen. Der Torsionsstab verdreht sich, bis seine Lastbegrenzungskapazität bei T&sub2; erreicht ist, wobei in dem Stadium keine weitere Dehnung des Gurtes möglich ist und der Insasse sicher zurückgehalten wird. Das entspricht der Abflachung der grafischen Darstellung der Gurtdehnung im oberen Teil der Fig. 3. Bis dahin wird der Zusammenstoßimpuls abgeleitet, wie durch die Abnahme des Zusammenstoßimpulses gezeigt wird, die in der mittleren grafischen Darstellung der Fig. 3 gezeigt wird, und eine Lastbegrenzung ist nicht mehr erforderlich.
• Fig. 4 zeigt die typische Kraftkurve für die Anordnung nach dem bisherigen Stand der Technik, bei der Scherbolzen verwendet werden, und man kann deutlich sehen, daß das nicht die Anfangskraft so schnell steigert wie bei der vorliegenden Erfindung.

Claims (4)

1. Aufrollvorrichtung für eine Fahrzeugsicherheitsrückhaltevorrichtung, wobei die Aufrollvorrichtung aufweist:

Sicherheitsgurtband;

eine Trommel (1), die für eine Drehung um eine Welle (2) montiert ist, um das Sicherheitsgurtband aufzuwickeln oder nachzulassen;

einen Meßfühler (5) für das Nachweisen eines Zusammenstoßes;

eine Einrichtung für das Sperren der Trommel gegen eine Drehung in einer Gurtbandnachlaßrichtung als Reaktion auf den Meßfühler (5);

eine Lastbegrenzungseinrichtung (3), die im Kraftweg zwischen der Aufrollvorrichtungstrommel und der Sperreinrichtung angeordnet ist;

eine Einrichtung für das Ermitteln des Grenzwertes, bei dem die Lastbegrenzungseinrichtung (3) arbeitsfähig wird;

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für das Ermitteln des Grenzwertes einen Bolzen (4) aufweist, der angeordnet ist, um die Trommel (1) in einen Reibungspreßpassungseingriff mit der Welle (2) zu treiben, wobei der Bolzen (4) aus einem dichteren Material besteht als die Welle (9), so daß unter vorgegebenen Kraftbedingungen, wenn das Drehmoment an der Trommel (1) die Reibungskraft zwischen der Trommel (1) und der Welle (9) übersteigt, der Bolzen (4) dann einen Kanal oder eine Nut (15) um den Umfang der Welle (2) herum einschneidet, wobei der Bolzen eine U-Form aufweist, so angeordnet, daß ein Arm der U-Form auf jeder Seite der Welle eingreift.

2. Aufrollvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Welle (2) verkeilt ist, um die Enden des Bolzens (4) in einer kleinen Vertiefung aufzunehmen, um den Kanal oder die Nut (15) zu beginnen.

3. Aufrollvorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, die eine im allgemeinen konstante Kraftkurve für den Fahrzeuginsassen vorlegt.

4. Aufrollvorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, bei der der Bolzen (4) aus gehärtetem Stahl gebildet wird, und die Welle (2) und die Trommel (1) jeweils aus Aluminium gebildet werden.